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18.1: 动物如何繁殖

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    有些动物通过无性繁殖产生后代，而另一些动物则通过有性繁殖产生后代。 这两种方法都有优点和缺点。 无性繁殖产生的后代在基因上与亲本相同，因为这些后代都是原始亲本的克隆体。 一个人可以无性产生后代，可以快速产生大量后代；这是无性繁殖生物相对于有性繁殖生物的两个优势。 在稳定或可预测的环境中，无性繁殖是一种有效的繁殖手段，因为所有后代都将适应该环境。 在不稳定或不可预测的环境中，无性繁殖的物种可能处于不利地位，因为所有后代在基因上都是相同的，可能无法适应不同的条件。

    在有性生殖过程中，两个个体的遗传物质结合在一起，产生了与其父母不同的遗传多样后代。 人们认为，有性产生的后代的遗传多样性可以使有性生殖的人更健康，因为他们的更多后代可以在不可预测或不断变化的环境中存活和繁殖。 通过性繁殖（具有不同性别）的物种必须维持两种不同类型的个体，雄性和雌性。 只有一半的人口（雌性）能够产生后代，因此与无性繁殖相比，产生的后代会更少。 与无性生殖相比，这是有性生殖的缺点。

    无性繁殖

    无性繁殖发生在原核微生物（细菌和古细菌）以及许多真核、单细胞和多细胞生物中。 动物的无性繁殖方式有几种，其细节因物种而异。

    裂变

    裂变，也称为二元裂变，发生在一些无脊椎动物、多细胞生物中。 它在某种程度上类似于单细胞原核生物的二元裂变过程。 裂变一词适用于生物似乎将自身分裂成两部分，并在必要时使每个新生物的缺失部分再生的情况。 例如，通常被称为 planarians 的 turbellarian 扁虫，例如 Dugesia dorotocephala，能够将它们的身体分成头部和尾巴区域，然后再生两种新生物中缺失的一半。 海葵（Cnidaria），例如 Anthopleura 属的物种（图\(\PageIndex{1}\)），将沿口腔轴线分裂，而 H ol othuria 属的海参（Echinodermata）将在口腔轴线上分为两半，另一半在每一个中再生由此产生的个人。

    照片显示了一个较大的奶油色海葵，紧邻另一个颜色和形状相同但较小的海葵。
    图\(\PageIndex{1}\)：Anthopleura 蒿海葵可以通过裂变繁殖。

    Budding

    萌芽是一种无性繁殖形式，它源于身体一部分的生长，导致 “芽” 与原始生物分离，形成两个个体，一个比另一个小。 萌芽通常发生在一些无脊椎动物身上，例如九头蛇和珊瑚。 在九头蛇中，会形成一根芽，发育成成虫并脱离主体（图\(\PageIndex{2}\)）。

    a 部分：这显示的是九头蛇，它的身体呈茎状，触手长在顶部。 一个较小的九头蛇正在从茎的侧面萌芽。 b 部分：这张照片显示了分支的白珊瑚息肉。
    图\(\PageIndex{2}\)：（a）九头蛇通过萌芽无性繁殖：在成年九头蛇的管状体上形成一根芽，长出嘴巴和触手，然后与母体分离。 新的九头蛇已经完全开发，将找到自己的附着地点。 (b) 有些珊瑚，例如此处显示的 Lophelia pertus a，可以通过萌芽繁殖。 （来源 b：修改了 NOAA/Olympic Coast NMS Ed Bowlby 的作品；NOAA/OAR/海洋勘探办公室）

    概念在行动

    观看此视频，看看九头蛇在萌芽。

    碎片化

    碎片化是指将一个人分解成几个部分，然后再生。 如果动物能够分裂，并且各个部分足够大，则每个部分都会有一个单独的个体再生。 碎片可能通过意外损坏、捕食者造成的伤害或作为一种自然的繁殖形式而产生。 在海绵、一些刺胞动物、turbellarians、棘皮动物和环节动物中观察到通过碎片繁殖。 在某些海星中，一个新的个体可以从断裂的手臂和中央圆盘的一块中再生。 这颗海星（图\(\PageIndex{3}\)）正在从一只被切断的手臂上培育出一颗完整的海星。 众所周知，渔业工人试图通过将它们切成两半然后扔回海里来杀死吃蛤或牡蛎床的海星。 对于工人来说，不幸的是，这两个部分可以再生新的一半，从而使捕食牡蛎和蛤蜊的海星数量是原来的两倍。

    第一部分：照片显示了一颗棕色的海星，五只手臂的长度略有不同。 b 部分：这是一张海星的照片，它有一只长臂和四只非常短的手臂。
    图\(\PageIndex{3}\)：(a) Linckia multifor a 是一种海星，可以通过碎片化进行无性繁殖。 在这个过程中，（b）一只脱落的手臂长成一颗新的海星。 （来源：NOAA/NMFS/OPR 对 Dwayne Meadows 作品的修改）

    孤雌生殖

    单性生殖是一种无性繁殖形式，在这种形式中，卵子在没有受精的情况下发育成个体。 由此产生的后代可以是单倍体或二倍体，具体取决于物种的过程。 单性生殖发生在无脊椎动物中，例如水蚤、轮虫、蚜虫、棒状昆虫以及蚂蚁、黄蜂和蜜蜂。 蚂蚁、蜜蜂和黄蜂利用单性生殖产生单倍体雄性（无人机）。 二倍体雌性（工人和皇后）是受精卵的结果。

    一些脊椎动物——例如某些爬行动物、两栖动物和鱼类——也通过单性生殖繁殖。 在陆地或海洋动物园中性别分离的物种中已经观察到单性生殖。 两条雌性科莫多巨龙、一条锤头鲨和一条柏油鲨在雌性与雄性分离后产生了孤雌性幼鲨。 观察到的无性繁殖可能是由于异常情况而发生的，通常不会发生。

    有性生殖

    有性生殖是两个个体的生殖细胞的组合，形成遗传上独特的后代。 产生两种配子的个体的性质可能会有所不同，例如每个人有不同的性别或两性。 性别决定，即决定个人发展成哪种性别的机制，也可能有所不同。

    雌雄同体

    雌雄同体症发生在一个个体既有雄性生殖系统又有雌性生殖系统的动物身上。 蚯蚓、蛞蝓、绦虫和蜗牛等无脊椎动物（图\(\PageIndex{4}\)）通常是雌雄同体。 雌雄同体可能会自我受精，但通常它们会与另一个物种交配，相互施肥，都产生后代。 自我受精在行动不便或没有活动能力的动物中更为常见，例如藤壶和蛤蜊。 许多物种都有防止自我受精的特定机制，因为它是一种极端的近亲繁殖形式，通常会产生不太健康的后代。

    第 a 部分：照片显示的是陆地蜗牛。 b 部分：照片显示 2 只蜗牛在交配。
    图\(\PageIndex{4}\)：许多（a）蜗牛是雌雄同体。 当两个人（b）交配时，他们每人最多可以产生 100 个卵。 （来源 a：Assaf Shtilman 对作品的修改；来源 b：“Schristia” /Flickr 对作品的修改）

    性别决定

    哺乳动物的性别由X和Y染色体的组合在基因上决定。 X (XX) 的纯合个体是雌性，杂合个体 (XY) 是男性。 在哺乳动物中，Y染色体的存在会导致雄性特征的发展，而缺少Y染色体会产生雌性特征。 XY 系统也存在于某些昆虫和植物中。

    鸟类性别的确定取决于Z和W染色体的组合。 Z 的纯合子 (ZZ) 产生雄性，杂合子 (ZW) 产生雌性。 请注意，这个系统与哺乳动物系统相反，因为在鸟类中，雌性是具有不同性别染色体的性别。 W 似乎对确定个体性别至关重要，类似于哺乳动物中的 Y 染色体。 一些鱼类、甲壳类动物、昆虫（如蝴蝶和飞蛾）和爬行动物使用 ZW 系统。

    还存在更复杂的染色体性别决定系统。 例如，一些剑尾鱼群中有三条性染色体。

    其他一些物种的性别不是由染色体决定的，而是由环境的某些方面决定的。 例如，短吻鳄、一些海龟和 tuataras 的性别决定取决于卵子发育中期三分之一的温度。 这被称为环境性别确定，或者更具体地说，被称为取决于温度的性别决定。 在许多海龟中，孵化卵过程中较低的温度会产生雄性，而温暖的温度会产生雌性，而在许多其他种类的海龟中，情况恰恰相反。 在一些鳄鱼和一些海龟中，适度的温度会产生雄性，温暖和凉爽的温度都会产生雌性。

    某些物种的个体在一生中会改变性别，从一个物种切换到另一个物种。 如果个体首先是女性，则被称为 protogyny 或 “第一女性”；如果它首先是男性，则被称为 protandry 或 “第一雄性”。 牡蛎是雄性的，体型长大，变成雌性并产卵。 濑鱼是礁鱼家族，都是连续的雌雄同体。 其中一些物种生活在紧密协调的群落中，雄性占主导地位，雌性较小。 如果雄性死亡，雌性的体型会增加，性别改变，成为新的占主导地位的雄性。

    受精

    精子和卵子的融合是一个称为受精的过程。 这可能发生在雌性体内（内部受精）或体外（外部受精）。 人类提供了前者的例子，而青蛙繁殖是后者的一个例子。

    外部受精

    外部受精通常发生在水生环境中，卵子和精子都被释放到水中。 精子到达卵子后，便开始受精。 大多数外部受精发生在产卵过程中，一只或几只雌性释放卵子，雄性同时在同一区域释放精子。 产卵可能由环境信号触发，例如水温或日光长度。 几乎所有的鱼都会产卵，甲壳类动物（如螃蟹和虾）、软体动物（如牡蛎）、鱿鱼和棘皮动物（例如海胆和海参）也是如此。 青蛙、珊瑚、软体动物和海参也会生成（图\(\PageIndex{5}\)）。

    照片显示交配的蟾蜍。 较大的雌性背着较小的雄性背在她的背上。
    图\(\PageIndex{5}\)：在蟾蜍 “有性繁殖” 期间，雄性从后面抓住雌性，并在卵沉积后从外部受精。 （来源：伯尼·科尔）

    内部受精

    内部受精最常发生在陆生动物身上，尽管有些水生动物也使用这种方法。 内部受精可能是雄性在交配过程中直接将精子沉积在雌性体内造成的。 也可能是雄性将精子沉积在环境中，通常是在保护结构中，雌性捡起精子将精子沉积在生殖道中。 内受精后代的产生方式有三种。 在产卵过程中，受精卵在雌性体外产下并在体外发育，从作为卵一部分的蛋黄中获得营养（图\(\PageIndex{6}\) a）。 这发生在一些骨鱼、一些爬行动物、一些软骨鱼、一些两栖动物、一些哺乳动物和所有鸟类中。 大多数非禽类爬行动物和昆虫会产生皮革蛋，而鸟类和一些海龟产生的卵的壳中碳酸钙含量很高，这使它们变硬。 鸡蛋就是硬壳的一个例子。 鸭嘴兽和针鼹等产卵哺乳动物的卵是皮革状的。

    在 ovoviparity 中，受精卵保留在雌性体内，胚胎从卵黄中获得营养。 卵会一直保留在雌性体内，直到它们在雌性体内孵化，或者雌性在卵孵化前产卵。 这个过程有助于保护卵直到孵化。 这种情况发生在一些骨鱼（比如鸭鱼 Xiphophorus maculatus，图\(\PageIndex{6}\) b）、一些鲨鱼、蜥蜴、一些蛇（吊袜带蛇 Thamnophis sirtalis）、一些毒蛇和一些无脊椎动物（马达加斯加嘶嘶蟑螂 Gromphadorhina）身上portentosa）。

    年轻人活着出生。 它们从雌性那里获得营养，出生时处于不同的成熟状态。 这种情况发生在大多数哺乳动物（图\(\PageIndex{6}\) c）、一些软骨鱼类和一些爬行动物中。

    第 a 部分：照片显示叶子上有黄色的小蛋，其中一些小甲虫正在孵化。 b 部分：照片显示水族馆里有一条鱼，腹部苍白、凸起。 c部分：照片显示了一只闭着眼睛的无毛小松鼠。
    图\(\PageIndex{6}\)：在（a）卵巢中，幼虫在雌性体外的卵中发育，就像这些 Harmonia axydridis 甲虫孵化一样。 一些水生动物，比如这个（b）怀孕的 Xiphophorus maculatus 是卵巢的，卵在雌性体内发育，营养主要来自蛋黄。 在哺乳动物中，营养由胎盘支持，就像这只（c）新生松鼠一样。 （来源 b：Gourami Watcher 对作品的修改；来源 c：“audreyjm529” /Flickr 对作品的修改）

    章节摘要

    当一个人产生遗传上相同的后代时，繁殖可能是无性的；当两个个体的遗传物质结合起来产生遗传多样的后代时，繁殖可能是无性的。 动物的无性繁殖是通过裂变、萌芽、碎片化和单性生殖发生的。 有性生殖可能涉及体内或外部环境中的受精。 一个物种可以有单独的性别或混合的性别；当性别组合在一起时，它们可能在生命周期的不同时间表达。 个体的性别可能由各种染色体系统或温度等环境因素决定。

    有性生殖始于精子和卵子的结合，过程称为受精。 这可能发生在体外，也可能发生在雌性体内。 动物的受精方法各不相同。 有些物种将卵子和精子释放到环境中，有些物种保留卵子并将精子接收到雌性体内，然后驱逐被贝壳覆盖的发育中的胚胎，而还有一些物种在整个妊娠期保留发育中的后代。

    词汇表

    无性繁殖
    一种产生遗传上与父母相同的后代的机制
    萌芽
    一种无性繁殖形式，源于生物体一部分的产物，导致从原始动物分离为两个个体
    外部受精
    动物体外的精子使卵子受精，通常是在产卵期间
    裂变
    （也称为二元裂变）一种无性繁殖形式，其中生物分裂成两个独立的生物体或两个部分，使身体缺失的部分再生
    解体
    生物体分解成几个部分以及从每个部分生长出一个单独的个体
    雌雄同体
    在同一个个体内同时拥有雄性和雌性生殖结构的状态
    内部受精
    雌性体内的精子使卵子受精
    oviparity
    在这个过程中，受精卵在雌性体外产下并在雌性体外发育，从作为卵一部分的蛋黄中获得营养
    ovoviparity
    受精卵保留在雌性体内的过程；胚胎从卵黄中获取营养，幼卵在孵化后完全发育
    单性生殖
    一种无性繁殖形式，在这种形式中，卵子在没有受精的情况下发育成一个完整的个体
    性别决定
    最初确定性繁殖生物体中个体性别的机制
    有性生殖
    一种繁殖形式，其中含有来自两个个体的遗传物质的细胞结合产生遗传上独特的后代
    vivipar
    在这个过程中，幼体在雌性体内发育并在非胚胎状态下出生